三相异步电动机调速技术优化指南

调速就是电动机在同一负载下得到不同的转速，以满足生产过程的需要。有些生产机械，如一些机床，为了达到加工精度要求，需要精确调整转速。另外，像鼓风机、水泵等流体机械，根据所需流量调节其速度，可以节省大量电能。所以，三相异步电动机的速度调节是其一个非常重要的应用方面。

由式（3.1）和式（3.2），可导出三相异步电动机的转速公式为

由式（3.43）可知，异步电动机可以通过三种方式进行调速：①改变电动机旋转磁场的磁极对数p；②改变供电电源的频率f1；③改变转差率s。

1.三相异步电动机的变极调速

变极调速就是改变电动机旋转磁场的磁极对数p，从而使电动机的同步转速发生变化而实现电动机的调速，通常通过改变电动机定子绕组的连接实现。这种方法的优点是操作设备简单，缺点是只能进行有级调速，调速的级数不可能多，因此只适用于不要求平滑调速的场合。改变绕组的连接可以有多种方法，可以在定子上安装一套能变换为不同磁极对数的绕组，也可以在定子上安装两套不同磁极对数的单独绕组，还可以混合使用这两种方法以得到更多的转速。

应当指出的是，变极调速只适用于鼠笼式异步电动机，因为笼形转子的磁极对数能自动随定子绕组磁极对数的变化而变化。

采用改变定子绕组磁极对数的方法来调速的异步电动称为多速电动机，最常见的是双速电动机。图3.34所示为△/YY 连接双速异步电动机定子绕组接线原理图。双速电动机的定子绕组的连接方式常有两种：一种是绕组从△改成双Y，如图3.34（a）所示的连接方式转换成如图3.34（c）所示的连接方式；另一种是绕组从单Y 改成双Y，如图3.34（b）所示的连接方式转换成如图3.34（c）所示的连接方式，这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半，即电动机的转速提高一倍。

图3.34　双速电动机定子绕组接线

2.三相异步电动机的变频调速

异步电动机的变频调速是一种很好的调速方法。由式（3.43）可知，三相异步电动机的转速正比于电源的频率f1，若连续调节电动机供电电源的频率，即可连续改变电动机的转速。随着电力电子技术的发展，很容易大范围且平滑地改变电源频率，因而可以得到平滑的无级调速，且调速范围较广，有较硬的机械特性。因此，这是一种比较理想的调速方法，是交流调速的发展方向。(www.xing528.com)

在进行变频调速时，为了保证电动机的电磁转矩不变，就要保证电动机内旋转磁场的磁通量不变。由式（3.6）可知，为了改变频率f1而保持磁通Φm不变，必须同时改变电源电压，使比值U1/f1保持不变。

工频电源频率是固定的50Hz，所以要改变电源频率f1 来调速，需要一套变频装置。目前变频装置有两种：一种是交-直变频装置，它的原理是先用可控硅整流装置将交流电转换成直流电，再采用逆变器将直流电变换成频率可调、电压值可调的交流电供给电动机；另一种是交-交变频装置，它用两套极性相反的晶闸管整流电路向三相异步电动机供电，交替以低于电源频率切换正、反两组整流电路的工作状态，使电动机绕组得到相应频率的交变电压。

图3.35所示为晶闸管变频装置。它由晶闸管整流器和晶闸管逆变器组成。整流器先将50Hz的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调且比值U1/f1保持不变的三相交流电，供给鼠笼式异步电动机，连续改变电源频率可以实现大范围的无级调速，而且电动机的机械特性的硬度基本不变，是一种比较理想的调速方法，近年来发展很快，正得到越来越多的应用。

3.三相异步电动机的变转差率调速

变转差率调速是在不改变同步转速n0条件下的调速，包括改变电压调速、绕线式电动机转子串电阻调速和串级调速。变转差率调速使用最多的是绕线式电动机转子串电阻调速，只用于绕线式电动机。

转子串电阻调速是通过转子电路串接调速电阻（与启动电阻一样接入）来实现的，其原理如图3.36所示。设负载转矩为TL，当转子电路的电阻为Ra时，电动机稳定运行在a 点，转速为na，若TL不变，转子电路的电阻增大为Rb，则电动机机械特性变软，转差率s增大，工作点由a点移至b 点，于是转速降低为nb。转子电路串接的电阻越大，则转速越低。

转子串电阻调速方法简单，调速平滑，但由于一部分功率消耗在变阻器上，使电动机的效率降低，且转速太低时机械特性很软，运行不稳定。这种调速方法在起重设备上使用较多。

图3.35　晶闸管变频调速装置

图3.36　变转差率调速原理